【摘要】：目前鋰離子電池在電子設備和電動汽車方面占據(jù)著十分重要的地位,為了突破傳統(tǒng)商業(yè)化負極材料較低的理論容量對鋰離子電池性能的限制,儲能器件對高倍率和長循環(huán)壽命的新型鋰離子電池負極材料提出了更高的要求。過渡金屬氧化物負極材料由于能夠發(fā)生多電子轉移反應以提供較高的容量,而受到越來越多的關注。相對于二元過渡金屬氧化物,三元過渡金屬氧化物負極材料中的兩種金屬在電化學過程中具有界面和協(xié)同效應,在一定程度上表現(xiàn)出更好的循環(huán)穩(wěn)定性。但三元過渡金屬氧化物的電化學性能仍然受到其較低的電子電導率和較大的體積膨脹的制約。納米技術和納米材料的出現(xiàn)對這一問題提供了一種有效的優(yōu)化途徑,極大地推動了高功率和高能量密度的能源存儲和轉化器件的發(fā)展。針對過渡金屬釩氧化物體積膨脹嚴重、電子電導率低的問題,本文提出了兩種納米結構合成方法制備了三元過渡金屬釩氧化物納米材料并作為鋰離子電池負極材料,探索了合成條件對材料晶體結構和電化學性能的影響。主要的研究內(nèi)容和成果如下:(1)采用簡易的液相法制備了比表面積高達43.8 m~2/g的納米片組成的Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O微米花。XRD和SEM結果表明,基于奧斯特瓦爾德熟化機制,乙二醇的加入很好地限制了晶體成核生長速率,提高了材料的結晶度。在鋰離子電池中,Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O微米花負極材料表現(xiàn)出良好的電化學活性:在200 mA/g的電流密度下循環(huán)120圈后,容量仍可以保持為1287 mAh/g;在5 A/g的電流密度下容量可以達到501 mAh/g,表現(xiàn)出良好的倍率性能;在10 A/g的電流密度下循環(huán)400圈后,容量保持為272 mAh/g。這些結果表明高結晶度和納米片結構有利于Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O負極材料電化學性能的提高。通過XPS和XRD,我們研究了Zn_3V_2O_7(OH)_2·2H_2O的嵌脫鋰機制,包括嵌入、合金化、轉化三種反應機制。電極材料經(jīng)循環(huán)后,納米片轉變?yōu)榧{米顆粒,而有利于鋰離子的傳輸,提供了豐富的活性位點。(2)通過水熱法結合固相燒結合成了無定型釩酸鐵負極材料。過渡金屬離子吸附到氧化石墨烯的含氧官能團上成核生長,水熱生成超小的釩酸鐵前驅體納米顆粒。氧化石墨烯有效地降低了合成過程中納米材料的表面能。前驅體在空氣氣氛中燒結除去石墨烯后得到無定型釩酸鐵納米顆粒,其尺寸為40-50納米。這種無定型釩酸鐵納米顆粒在5 A/g的電流密度下循環(huán)1600圈后,容量高達483mAh/g。更重要的是,其首圈庫倫效率可以達到83%。這主要歸因于這種方法合成的釩酸鐵表面缺陷少,減少了不可逆的副反應。
【圖文】：

的質量能量密度和體積能量密度的對比圖電池，鋰離子電池，聚合物電池，鋰金屬種新型的能源轉化存儲器件，可以實現(xiàn)電離子電池于上世紀 90 年代在日本研制成功極為碳，之后索尼公司實現(xiàn)了鋰離子電池的池以其較高的能量和功率密度、長壽命等優(yōu)域占據(jù)了大量的市場份額。2017 年 3 月，電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案”，提出到 2020 年 Wh/kg，到 2025 年超過 500 Wh/kg 的發(fā)展料的平均比能量只有 115Wh/kg，遠達不容量和電壓平臺決定的，，鋰離子電池的能臺有關。因此要提高電池的能量密度，需要，同時匹配正負極以提高電池開路電壓。子電池的構造和工作原理。鋰離子電池的

離子電池的物理構造和原理，（b）電池工化曲線，左圖為充電過程，右圖為放電過電池內(nèi)部都是由一定數(shù)量的電芯組成。根電芯形成模組，加上控制電路系統(tǒng)、熱管理電池包。圖 1-3 顯示了三種典型的商業(yè)化組裝工藝和形狀，分為圓柱形電芯，方形電芯池就由七千余節(jié) 18650 型圓柱狀電芯組成毫米，長度為 65 毫米的圓柱型電芯。為提高成組費用，目前工業(yè)界正在開發(fā)和生產(chǎn)更形電芯能夠根據(jù)不同的應用要求，設計成不同的應用環(huán)境。軟包電芯，又可以稱為聚合上，具有較好的安全性，不會像金屬外殼電具有更小的內(nèi)阻和更高的容量，因此也逐
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM912;TB383.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 楊輝;;鋰釩氧化物的摻雜改性研究[J];新疆有色金屬;2013年03期

2 崔朝軍;吳廣明;張明霞;孫娟萍;楊輝宇;沈軍;;鋰釩氧化物納米管的合成與表征[J];無機材料學報;2009年04期

3 劉古,何丕模,季振國;V(100)面硫、氧偏析特性[J];真空科學與技術;1988年02期

4 王功厚,陳延民,朱元凱;碳熱還原釩氧化物反應體系的研究——制取碳化釩(V_2C)反應平衡組成的計算[J];鋼鐵釩鈦;1989年02期

5 楊輝;;鋰釩氧化物作為鋰離子電池正極材料的電化學[J];新疆有色金屬;2013年06期

6 吳陽;葉兆寶;陳前火;童慶松;連錦明;;層狀鋰錳釩氧化物的合成與電化學性能研究[J];福建師范大學學報(自然科學版);2006年02期

7 閆超杰;陳樹軍;趙曉杰;李福民;呂慶;;高爐爐渣中釩氧化物還原的試驗研究[J];上海金屬;2017年04期

8 童慶松;劉永梅;施繼成;連錦明;;摻氟鋰釩氧化物的電化學性能[J];應用化學;2006年07期

9 顧軍;李娟;;F-摻雜鋰釩氧化物的合成及其電化學性能[J];電源技術;2009年03期

10 閆超杰;陳樹軍;趙曉杰;李福民;呂慶;;高爐爐渣中釩氧化物還原的試驗研究[J];上海金屬;2017年06期

相關會議論文 前10條

1 張良苗;羅宏杰;高彥峰;;利用原位粉末X-射線衍射技術研究釩氧化物水熱制備機理[A];第十八屆中國高壓科學學術會議縮編文集[C];2016年

2 嚴嘉榮;謝兵;王永紅;曾小義;黃青云;;高爐塊狀帶區(qū)釩氧化物的還原機理[A];2012年全國冶金物理化學學術會議專輯（下冊）[C];2012年

3 朱佳;;CeO_2(111)表面負載低核釩氧化物團簇的構型和電子結構[A];中國化學會第十二屆全國量子化學會議論文摘要集[C];2014年

4 童慶松;成月;施繼成;劉永梅;鄭立群;程林;;改性鋰釩氧化物的電化學性能研究[A];第二十七屆全國化學與物理電源學術年會論文集[C];2006年

5 王學進;費允杰;熊艷云;馮克安;;釩氧化物薄膜的拉曼散射[A];第十一屆全國光散射學術會議論文摘要集[C];2001年

6 周靈德;陳求索;余海湖;;釩氧化物干凝膠薄膜的制備及其濕度敏感性質研究[A];2011中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集（第二卷）[C];2011年

7 馮怡;任鐵真;廖志威;阿古拉;袁忠勇;;一維釩氧化物對丙烷氧化脫氫制丙烯的催化性能研究[A];第十四屆全國催化學術會議論文集[C];2008年

8 童慶松;劉永梅;吳俊莉;連錦明;;摻氟鋰釩氧化物的電化學性能研究(英文)[A];第十三次全國電化學會議論文摘要集（上集）[C];2005年

9 張巖;丁迅雷;廖珩璐;王雅雅;陳一鳴;何圣貴;;基于釩氧化物團簇擔載金上的H_2氧化反應研究[A];第十三屆全國量子化學會議論文集——第一分會：電子結構理論與計算方法[C];2017年

10 陳文;麥立強;祁琰媛;余華;彭俊鋒;朱泉\

本文編號：2674532